DE2343510A1

DE2343510A1 - Quick-operation electromagnet for fuel injection - uses same thickness for yoke and armature, but not exceeding the magnetic penetration depth at armature operation

Info

Publication number: DE2343510A1
Application number: DE19732343510
Authority: DE
Inventors: Jury Iwanowitsch Budyko; Nikolai Borisowitsch Dubnizky; Jury Wasiliewitsch Duchnin; Walentin Eiserowitsch Koganer; Alexandr Iwanowitsch Lisizyn
Original assignee: TSNI I KI TOPLIWNOI APPARATURY
Current assignee: TSNI I KI TOPLIWNOI APPARATURY
Priority date: 1973-08-29
Filing date: 1973-08-29
Publication date: 1975-03-13
Also published as: DE2343510B2

Abstract

The quick-operation electromagnet uses a yoke of unlaminated iron and an armature which forms together with the yoke a magnetic conductor. Armature and yoke have the same wall thickness over the whole path of the magnetic flux. This thickness does not exceed the depth of penetration of the rising magnetic flux at the moment of operation of the armature. The electromagnet arrangement results in a more rapid operation of the magnet without increasing its manufacturing cost. Its main application is in the field of petrol injection for petrol engines.

Description

EHpl.-Ing. Dr. jur.EHpl.-Ing. Dr. jur.

Frank Arnold NixFrank Arnold Nix

PatentanwaltPatent attorney

6 Frankfort am Main 70
Gartenstraße 123 6 Frankfort am Main 70
Gartenstrasse 123

Die Erfindung betrifft den üilektroapparatebau und insbesondere Kiekt ro magnete, die zum Steuern von Stellgliedeitfibestiimt sind, in vorliegendem Falle zum Steuern des Ventils der Kraftstoff einspritzdüse von Verbrennungsmotoren. Solche Elektromagnete müssen eine hohe Schnellwirkung aufweisen.The invention relates to electrical equipment and more particularly Kiekt ro magnets, which are used to control actuator guides are, in the present case, the fuel to control the valve Injector of internal combustion engines. Such electromagnets must have a high quick action.

Bekanntlich dringt der nichtstationäre Magnetfluß in den iviagnetleiterwerkstoff um eine bestiimiite Tiefe ein, die von den Eigenschaften des Werkstoffs und von der Geschwindigkeit der kagnetflußänderung abhängt. In. diesem Falle wird der huagnetfluß durch die Wirbelströme auf die Oberfläche hinausgedrängt,It is known that the non-stationary magnetic flux penetrates into the magnetic conductor material by a certain depth which depends on the properties of the material and on the speed of the change in magnetic flux. In. In this case the magnetic flux is forced out onto the surface by the eddy currents,

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wodurch der wirksame Querschnitt des Magnet le it e rs verringert wird. Infolgedessen werden die schnellwirkenden Elektromagnete mit einem Magnet leiter aus geschichtetem Dynamoblech ausgeführt. whereby the effective cross-section of the magnet conductor is reduced will. As a result, the fast-acting electromagnets are carried out with a magnet head made of layered dynamo sheet.

Andererseits aber ist es zweckmäßig, infolge auftretender konstruktionsmäßiger Komplikationen, nicht alle schnellwirkenden elektromagnetischen Systeme mit einem Magnetleiter aus geschichtetem Dynamoblech auszustatten·On the other hand, however, it is expedient, due to construction-related complications, not all of the fast-acting ones to equip electromagnetic systems with a magnetic conductor made of laminated dynamo sheet

Als solche Systeme sind die Elektromagnete schnellwirkender Relais verschiedener automatischer Einrichtungen zu betrachten, beispielsweise in der Fernsprechautomatik, das System der elektromagnetischen Düse, an welche eine Reihe von konstruktionsmäßigen Forderungen gestellt werden, und zwar: geringe Außenabmessungen, zuverlässige hermetische Abdichtung und Wärmeisolation, einfache Bauart, Funktionssicherheit und geringer Kostenaufwand, sowie eine Reihe anderer Systeme·The electromagnets of fast-acting relays of various automatic devices are to be regarded as such systems, for example, in automatic telephony, the system of the electromagnetic nozzle to which a number of constructional requirements are made, namely: small external dimensions, reliable hermetic sealing and thermal insulation, simple design, functional reliability and low cost, as well as a number of other systems

Bekannt sind schnellwirkende Elektromagnete, die zum Steuern des Düsenventils dienen, das den in einen Verbrennungsmotor einzuspritzenden Kraftstoff dosiert.Fast-acting electromagnets are known which are used to control the nozzle valve that is used in an internal combustion engine dosed fuel to be injected.

Konstruktionsmäßig besteht der Elektromagnet der Kraftstoff einspritzdüse aus einem Joch, das aus nichtgeschichtetem Eisen gefertigt wird, aus der innerhalb des Joches angeordneten Wicklung und aus dem Anker, der das Düsenventil steuert.By design, the electromagnet is made up of fuel Injection nozzle consisting of a yoke made of non-laminated iron, the one arranged inside the yoke Winding and from the armature that controls the nozzle valve.

Gewöhnlich wirkt das Joch des Magnetleiters auch gleichzeitig als Düsengehäuse· Die Dicke des MagnetleiterquerschnittesUsually the yoke of the magnetic conductor also acts at the same time as nozzle housing · The thickness of the magnetic conductor cross-section

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wird aufgrund der erforderlichen Querschnitt fläche mit Berücksichtigung der mechanische! Festigkeit des Düsengehäuses errechnet· Solche elektromagnetische Düsen haben weitgehende Anwendung in den Einspritzgeräten mit elektronischer Steuerung gefunden, die in den Kraftstoffversorgungssystemen von Kraftwagen mit Benzinmotoren wirken·is taken into account due to the required cross-sectional area the mechanical one! The strength of the nozzle body is calculated · Such electromagnetic nozzles have found widespread use in injection devices with electronic control, those in fuel supply systems of vehicles with gasoline engines

Der Kachteil der bekannten Elektromagnete besteht darin, daß bei ihnen das Ansprechen und das Abfallen des Ankers ziemlich lange dauern· Die Ansprech- und die Abfallzeit des Ankers der elektromagnetischen Düse während des Einspritzvorganges sind nicht steuerbare Zeitintervalle und hängen von vielen Umständen ab, insbesondere von den Wirbelströmen, die dem Eisenvolumen des elektromagnetischen Systems verlr'.i^risgleich sind.The compartment part of the known electromagnets consists in that with them the response and the dropping of the armature take quite a long time · The response and the dropping time of the armature the electromagnetic nozzle during the injection process are not controllable time intervals and depend on many circumstances especially from the eddy currents, which are equal to the iron volume of the electromagnetic system.

Im Laufe des Einsatzes kann eine Änderung dieser nicht steuerbaren Zeitintervalle erfolgen, was nachteilig auf die Genauigkeit der Kraftstoffdosierung und auf die Funktionsstabilität der Düse wirkt· Die minimal mögliche Dauer des offenen Zustandes im Düsenventil wird durch die Abfallzeit des Ventils begrenzt· Von dieser Dauer hängt der Veränderungsbereich der zyklusbedingten Kraftstoff Zuführungen ab. This cannot be changed in the course of the mission controllable time intervals take place, which has a detrimental effect on the accuracy of the fuel metering and the functional stability of the nozzle · The minimum possible duration of the The open state in the nozzle valve is limited by the valve's fall time. The range of change in the cycle-related fuel supply depends on this duration.

Aus diesen Gründen muß der Elektromagnet der Kraft st off einspritzdüse möglichst kurze Ansprech- und Abfallzeiten aufweisen, die der maximalen Schnellwirkung des Ankers entsprechen.For these reasons, the solenoid of the force must st off the injector have the shortest possible response and release times that correspond to the maximum rapid action of the anchor.

Xn den bekannten Düsenelektromagneten wird eine Steigerung der Schnellwirkung durch Verwendung eines speziellen Dynamoblechs erreicht, das einen hohen spezifischen ohmschen Widerstand aufweist, der die Stärke der Wirbelströme herabsetzt.In the known nozzle electromagnets, the rapid action is increased by using a special dynamo sheet achieved, which has a high specific ohmic resistance, which reduces the strength of the eddy currents.

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Bekannt sind auch Elektromagnete für Düsen, in welchen die Steigerung der Schnellwirkung durch einige Verringerung des Magnetleitervolumens erreicht wird· In solchen Konstruktionen besteht der Elektromagnet ebenfalls aus einem Joch, das aus nichtgeschichtetem Eisen gefertigt wird, einer innerhalb des Jochs angeordneten Wicklung und einem Anker, der das Düsenventil steuert· Zum Unterachied von der früheren Konstruktion hat das Joch des Elektromagnets dünne Wände, während der Elektromagnet insgesamt eine selbständige Baugruppe darstellt, die im Düsengehäuse angeordnet ist· Solcherart Konstruktionen ermöglichen die Verwendung eines aus üblichem DanamobIech hergestellten Magnetleiters vom Typ SA(Armco-Eisen). Aber auch in diesem Falle ist die Schnellwirkung der Düse nicht genügend hoch.Also known are electromagnets for nozzles in which the increase in the rapid action is achieved by some reduction in the volume of the magnetic conductor · In such constructions the electromagnet also consists of a yoke made of non-laminated iron, one inside winding arranged on the yoke and an armature that controls the nozzle valve · Different from the previous design the yoke of the electromagnet has thin walls, while the electromagnet as a whole is an independent assembly, which is arranged in the nozzle housing · Such constructions enable the use of a conventional DanamobIech manufactured magnetic conductor of the type SA (Armco iron). But even in this case, the quick action of the nozzle is not high enough.

Als Beispiel einer solchen Konstruktion kann die elektromagnetische Düse ZNITA angeführt werden (siehe den Urheberschein Nr. 201832 vom 8,01.1966).An example of such a construction can be the electromagnetic ZNITA nozzle (see copyright no. 201832 dated 8.01.1966).

Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Beseitigung der erwähnten Nachteile· Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ansprech- und die Abfallzeit des Elektromagnetankers ohne konstruktionsmäßige Komplikationen unter Verwendung eines einfachen und billigeren nichtgeschichteten Magnetleiters sowie durch Optimierung der Dickenabmessungen des Magnetleiterquerschnittes herabzusetzen.The purpose of the present invention is to eliminate of the disadvantages mentioned · The invention is based on the object of the response and the release time of the electromagnet armature without constructional complications using a simple and cheaper non-layered one Magnetic conductor as well as by optimizing the thickness dimensions of the magnetic conductor cross-section.

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Diest Aufgabe wird dadurch gelost, daß im Elektromagnet, der aus einem Joch aus nichtgeschichtetem Eisen, einer auf diesem Joch angeordneten Wicklung und einem Anker "besteht, der mit dem erwähnten Joch den Magnetleiter bildet, erfindungsgemäß das Joch und der Anker die gleiche Dicke auf dem ganzen vom Magnetfluß durchflossenen Wege aufweisen, wobei diese Dicke die Tiefe, in welche der ansteigende Magnetfluß im Augenblick des Ankeransprechens eindringt, nicht übersteigt.This task is solved by the fact that in the electromagnet, which consists of a yoke made of non-laminated iron, a winding arranged on this yoke and an armature "which with the aforementioned yoke forms the magnetic conductor, according to the invention, the yoke and the armature have the same thickness all over have paths traversed by magnetic flux, this thickness being the depth to which the increasing magnetic flux is at the moment penetrates the anchor response, does not exceed.

Im erfindungsgemäßen Elektromagnet ist bei der aufgegebenen Zugkraft das Eisenvolumen des Magnetleiters im Vergleich mit den bekannten Elektromagneten bedeutend geringer, wodurch die Anstiegs- und die Rückgangszeitkonstanten des Magnetflusses herabgesetzt und die Schnellwirkung des Elektromagneten gesteigert wird.In the electromagnet according to the invention, the iron volume of the magnetic conductor is in comparison with the applied tensile force with the known electromagnets significantly lower, whereby the rise and fall time constants of the magnetic flux and the rapid action of the electromagnet is increased.

Als Ergebnis führt die vorliegende Erfindung ohne Komplizierung der Bauart und Erhöhung des Kostenaufwandes zum Einsparen von Metall für die Herstellung des Magnetleiters und zum Ansteigen der Schnellwirkung des Elektromagnetes.As a result, the present invention leads to savings without complicating the structure and increasing the cost of metal for the production of the magnetic conductor and to increase the rapid action of the electromagnet.

Nachstehend wird die Erfindung durch eine eingehende Beschreibung konkreter Beispiele und beigelegte Zeichnungen näher erläutert, die folgendes darstellen:The invention is explained in more detail below by means of a detailed description of specific examples and the accompanying drawings which represent the following:

Fig. 1 die Gesamtansicht des Elektromagneten gemäß der Erfin dung, im Längsschnitt (erste Variante der Konstruktion); Fig. 2 dasselbe (Schnitt H-II);Fig. 1 is the overall view of the electromagnet according to the invention manure, in longitudinal section (first variant of the construction); Fig. 2 the same (section H-II);

Fig· 3 die Gesamtansicht des Elektromagneten im Längsschnitt (zweite Variante der Konstruktion);3 shows the overall view of the electromagnet in longitudinal section (second variant of the construction);

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Fig. 4 dasselbe (Schnitt IV-IV)ιFig. 4 the same (section IV-IV) ι

Fig, 5 die Gesamtansicht des Elektromagneten im Längsschnitt (dritte Variante der Konstruktion)} Fig. 6 dasselbe (Schnitt VI-VI)|5 shows the general view of the electromagnet in longitudinal section (third variant of the construction)} Fig. 6 the same (section VI-VI) |

Fig· 7 die Gesamtansicht des Elektromagneten im Längsschnitt (vierte Variante der Konstruktion); Fig· 8 dasselbe (Schnitt V¹Il-VIII);7 shows the overall view of the electromagnet in longitudinal section (fourth variant of the construction); Fig. 8 the same (section V ¹ II-VIII);

Fig· 9 die Kraftstoffeinspritzdüse, in welcher der vorgeschlagene Elektromagnet angewendet wird, im Längsschnitt.Fig. 9 shows the fuel injector in which the proposed Electromagnet is applied, in longitudinal section.

Der Elektromagnet besteht aus einem ringförmigen Joch. 1 (Fig. 1). Innerhalb des Joches 1 befindet sich, ein Wicklungsträger 2, auf welchem eine Wicklung 3 angeordnet ist. Ein ringförmiger Anker 4, der zum Steuern irgendeines Stellgliedes dient ι befindet sich, im Ruhezustand in einiger Entfernung vonThe electromagnet consists of an annular yoke. 1 (Fig. 1). Inside the yoke 1 is a winding support 2, on which a winding 3 is arranged. An annular armature 4, which is used to control any actuator serves ι is, at rest at some distance from

einer den Polen des Ankers 1 und wird in dieser Lage von " Riick-one of the poles of anchor 1 and in this position is

einen stellfeder gehalten, die ihn an ^v Anschlag anpreßt (die Feder und der Anschlag sind nicht gezeigt). Die Wände des Magnetleiters, der aus dem Joch 1 und dem Anker 4 besteht, weisen auf dem ganzen vom Magnetfluß durchflossenen Weg die gleiche Dicke auf. Im Joch 1 ist ein schlitzartiger Längsausschnitt 5 zum Herabsetzen der Wirbelströme vorgesehen·an adjusting spring is held, which presses it against the ^v stop (the spring and the stop are not shown). The walls of the magnetic conductor, which consists of the yoke 1 and the armature 4, have the same thickness over the entire path through which the magnetic flux flows. A slot-like longitudinal cutout 5 is provided in the yoke 1 to reduce the eddy currents

Ähnlich gebaut ist der in Fig. 3 dargestellte Elektromagnet. Der Unterschied im Vergleich mit der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Konstruktion besteht nur in der Form des Joches 1, Das Joch 1 (Fig. 3) ist auch ringförmig, hatThe electromagnet shown in FIG. 3 is constructed in a similar manner. The difference compared with that in the figures 1 and 2 construction shown exists only in the form of the yoke 1, The yoke 1 (Fig. 3) is also ring-shaped, has

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aber einen offenen äußeren Teil· Der Anker 4 weist in Draufsicht die Form des Joches 1 (Figo ·4) auf· Dex- Innere ringförmige Teil des Joches 1 ist mit einem schlitzartigen Längsausschnitt 5 zum Herabsetzen der Wirbelströme versehene Diese Variante des Elektromagnetes ist im Vergleich mit der ersten durch die größere Schnellwirkung vorteilhafter.but an open outer part · The armature 4 has the shape of the yoke 1 (Figo · 4) in plan view · Dex- Inner ring-shaped part of the yoke 1 is provided with a slot-like longitudinal cutout 5 to reduce the eddy currents.This variant of the electromagnet is in comparison with the first more advantageous due to the greater rapid action.

Der in den Fig· 5 und 6 dargestellte Elektromagnet "besteht aus denselben Elementen wie die Elektromagnete in den ersten zwei Varianten, das Joch 1 ist aber hier E-förmig· Der Anker 4 weist in Draufsicht dieselbe Form auf wie das Joch 1.The electromagnet shown in Figs "consists of the same elements as the electromagnets in the first two variants, but yoke 1 is E-shaped here · The In plan view, armature 4 has the same shape as yoke 1.

Der in den Figuren 7 und 8 dargestellte Elektromagnet unterscheidet sich ebenfalls von den oben beschriebenen nur durch die Form des Joches 1. Er ist Π-förmig ausgeführt· Der Anker 4 weist in Draufsicht dieselbe Form auf wie das Joch 1· In Fig· 9 ist eine elektromagnetische Düse dargestellt,The electromagnet shown in FIGS. 7 and 8 also differs from those described above only in the shape of the yoke 1. It is Π-shaped · The Armature 4 has the same shape in plan view as the yoke 1. In Fig. 9 an electromagnetic nozzle is shown,

vorgeschlagene
in welcher der V Elektromagnet zur Anwendung kommt.proposed
in which the V electromagnet is used.

Die Düse ist zum Einspritzen und Dosieren von BenzinThe nozzle is for injecting and metering gasoline

in einem Verbrennungsmotor bestimmt. Der nach der ersten beschriebenen Variante aus dem ringförmigen Joch 1, dem Wicklungsträger 2 mit der Wicklung 3 und dem Anker 4 bestehende Elektromagnet ist im Düsengehäuse 6 angeordnet, das aus einem unmagnetischen Werkstoff hergestellt ist· Ein Ventil 7 mit einer in dieses eingepreßten Vergaserdüse 8, in welcher eine Dosieröffnung 9 vorgesehen ist, befindet sich ebenfalls im Düsengehäuse 6. Im Gehäuse 6 istdetermined in an internal combustion engine. The after the first described variant from the ring-shaped Yoke 1, the winding support 2 with the winding 3 and the armature 4, the existing electromagnet is in the nozzle housing 6 arranged, which is made of a non-magnetic material · A valve 7 with a carburetor nozzle pressed into this 8, in which a metering opening 9 is provided, is also located in the nozzle housing 6

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auch ein mit einem Stutzen 11 versehener Deckel 10 eingewalzt, durch welchen der Kraftstoff zugeführt wird. Im Stutzen 11 "befindet sich ein Filter 12 zum Reinigen des Kraftstoffes· Im Deckel 10 sind zwei elektrische Zontakte 13 untergebracht, die vom Deckel 10 durch Isolierhülsen 14 isoliert sind· Die Kontakte 13 sind mit Herausführungen 15 der Wicklung 3 elektrisch verbunden, wobei diese Herausführungen durch im Joch 1 vorhandene Löcher 16 he rausgeführt werden· Über die Kontakte 13 wird der Wicklung 3 elektrischer Strom zugeführt, der den Elektromagnet erregt· Das Joch 1 wird vom Anschlagring 17 abgestützt. Im Joch 1 ist auch ein Loch 18 in der Mitte und ein innerer Hohlraum 19 vorhanden, durch welche der Kraftstoff fließt. Im inneren Hohlraum 19 befindet sich eine Feder 20, die den Anker 4 an das Ventil 7 anpreßt, wodurch das Ventil 7 geschlossen ist und gleichzeitig das Vorhandensein eines Schlitzes 21 zwischen dem Joch 1 und dem Anker 4 sicherstellt· Im Anker 4 ist eine Reihe von Löchern 22 vorgesehen, durch welche der Kraftstoff in einen Hohlraum 23 des Düsengehäuses 6 gelangt· Die Düse wird am Verbrennungsmotor mit Hilfe von mit Gewinde versehenem Teil 24 des Gehäuses 6 angebracht (nicht gezeigt). a cover 10 provided with a nozzle 11, through which the fuel is supplied, is also rolled in. In the nozzle 11 ″ there is a filter 12 for cleaning the fuel · Two electrical Zontakte 13 are housed in the cover 10, which are isolated from the cover 10 by insulating sleeves 14. · The contacts 13 are electrically connected to outlets 15 of the winding 3, these outlets be out performed by existing in the yoke 1 holes 16 U · via the contacts 13, the winding 3 of electric current zugefüh r t, which excites the electromagnet · the yoke 1 is supported by the stop ring 17th in the yoke 1, a hole 18 is in the middle and an inner cavity 19 through which the fuel flows. In the inner cavity 19 there is a spring 20 which presses the armature 4 against the valve 7, whereby the valve 7 is closed and at the same time the presence of a slot 21 between the yoke 1 and the armature 4 ensures · A series of holes 22 are provided in the armature 4, through which the fuel enters a cavity 23 of the nozzle housing 6 · The The nozzle is attached to the internal combustion engine by means of threaded part 24 of the housing 6 (not shown).

Der Elektromagnet der Kraftstoffeinspritzdüse wirkt auf folgende Weise.The solenoid of the fuel injector acts on following way.

Wie schon erwähnt, wird der Kraftstoff unter Druck durch den Stutzen 11 in die Düse gefördert· Mittels des Filters 12 wird der Kraftstoff gefiltert und gelangt durch das Loch 18,*As already mentioned, the fuel is pumped under pressure through the nozzle 11 into the nozzle by means of the filter 12 the fuel is filtered and passes through hole 18, *

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durch den inneren Hohlraum 19 des Joches 1, durch den Schlitz 21 zwischen dem Joch 1 und dem Anker 4 und durch die Löcher im Anker 4 in den Hohlraum 231 so daß auf diese Weise die ganze Düse gefüllt wird.through the inner cavity 19 of the yoke 1, through the slot 21 between the yoke 1 and the armature 4 and through the holes in the armature 4 in the cavity 231 so that in this way the whole Nozzle is filled.

Bei der Zuführung eines elektrischen Stromimpulses in die Wicklung 3 erfolgt eine Aufmagnetisierung des Elektromagnetjoches I₁ das nun die Kraft der Feder 20 überwindet und den Anker 4 anzieht. Das Ventil 7 wird nun geöffnet und der sich unter Druck in der Düse befindliche Kraftstoff wird durch die Dosieröffnung 9 der Vergaserdüse 8 des Ventils 7 in den Motor (nicht-, gezeigt) eingespritzt. Das Fließen des Kraftstoffes ist in der Zeichnung mittels Pfeilen dargestellt.When an electrical current pulse is fed into the winding 3, the electromagnet yoke I ₁ is magnetized, which now overcomes the force of the spring 20 and attracts the armature 4. The valve 7 is now opened and the fuel under pressure in the nozzle is injected into the engine (not shown) through the metering opening 9 of the carburetor nozzle 8 of the valve 7. The flow of fuel is shown in the drawing by means of arrows.

Am Ende des Stromimpulses erfolgt die Entmagnetisierung des Joches 1, der Anker 4 kehrt durch das Einwirken der Feder 20 in seine Ausgangsstellung zurück, das Ventil 7 wird geschlossen und die Kraftstofförderung in den Motor unterbrochen. Demagnetization takes place at the end of the current pulse of the yoke 1, the armature 4 returns to its starting position as a result of the action of the spring 20, the valve 7 is closed and the fuel supply to the engine is interrupted.

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Claims

PATENT CLAIM

Electromagnet with a yoke, made of non-layered Iron, a winding on the mentioned yoke and an armature,

which together with the mentioned yoke form a magnetic conductor forms ι characterized in that the yoke (1) and the armature (4) have the same thickness over the entire path through which the magnetic flux flows, this thickness being the Depth into which the rising magnetic flux penetrates at the moment the armature 4 responds, does not exceed.

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